为什么稀土被称为发光材料的“维生素”

制作材料中使用了稀土元素的光纤

发光材料在我们的生活和工作中发挥着非常重要的作用，既给我们带来光明，也使我们的生活更加丰富多彩。日常使用的节能光源、电视机、手机、计算机显示器、医疗透视检查仪等都离不开发光材料。那么，什么是发光材料呢？

在荧光材料中掺入适量的稀土元素，可使荧光材料发出不同颜色的荧光

发光材料就是能够将某种形式吸收的能量转化为光的形式辐射出去的材料。发光材料发出的光是冷光，与高温热体光辐射不同，它是物体在一定形式的外界能量激发下会偏离热平衡态，当激发态返回到原来的平衡态（基态）时，会将吸收的一部分能量通过转化以光辐射的形式释放出去。因此，与热体光辐射的波长取决于温度不同，发光材料发出的光的波长主要取决于发光材料受激态能级与基态能级之间的能量差。

除La3+、Lu3+之外的其余镧系元素的二价或三价离子由于具有未充满的4f壳层，4f电子的f-f组态之内及4f-5d能级之间具有丰富的能级结构，且5d轨道处于离子的表面，容易受到周围配体的影响导致能级结构发生变化，因而特别适合作为发光材料。稀土发光材料的吸收、激发和发射光谱表现出范围宽且内涵丰富的特性。以钆离子（Gd3+）为例，它有3432个电子能级。稀土离子的光谱可以覆盖真空紫外光、可见光，一直延伸到近红外光谱区，显示出其他元素无法实现和替代的发光特性。由于发光材料中常用的稀土元素有12种，恰好与人体需要的12种维生素数目相同，且发光材料中稀土的掺杂量是微量的，与人体需要的微量维生素相似，所以有人形象地将稀土称为发光材料的“维生素”。

稀土离子可以与有机物结合形成稀土有机发光材料，也可以掺入无机材料中形成无机发光材料。稀土发光材料可以是晶体材料（如荧光粉等），也可以是非晶体或无定形材料（如发光玻璃等）。稀土离子在发光材料中一般被用作发光中心激活剂或敏化剂，有些稀土还因其良好的稳定性被用作发光材料的基质材料。

稀土发光材料需要吸收能量、激发而发光，但是吸收的能量形式可以多种多样，既可以是光能、电能，或者X射线及高能粒子，也可以是化学能、生物能或者机械能。因而稀土发光材料除了用于照明和显示外，在防伪、保健、农业生产、信息储存、宇航探测等领域的应用也非常广泛。（闫世润）

用于探测反物质的阿尔法磁谱仪，关键部件是由中国科学院电工研究所研制的特大型稀土永磁体

【微博士】稀土不“稀”

对于稀土元素来说，“稀土”这个名字确实有点名不副实。事实上，除钷外，稀土元素在地壳中的丰度相当高，其中铈在地壳元素丰度排名中居第25位，占0.0068%，与铜接近，比铅还要高。即使是比较“稀”的金属镥在地壳中的含量也比金要高出200倍。很多稀土元素在地壳中的分布量比铜、铅、锌、银等常见金属元素都要高。

【微博士】稀土村

稀土元素大部分是由欧洲科学家发现或制取的。人类发现的第一种稀土元素钇的矿物便是从瑞典伊特比村矿山的硅铍钇矿中提取出的，钇（Y）、铽（Tb）、铒（Er）、镱（Yb）的名称就源自这个村名。一个小村的村名竟是4种元素命名的来源，这在世界上是绝无仅有的。后来在该地矿物中还发现了另外3种稀土元素。

【微问题】稀土的性质极其相似，纯稀土元素的提取是如何实现的？

【关键词】稀土元素　稀土发光材料　光辐射　跃迁　能级